语音信号频带传输通信系统仿真基于DPCM编码和DPSK调制

语音信号频带传输通信系统仿真——基于DPCM编码和DPSK调制--byTsai系统仿真整体方框图设计步骤•1录制语音文件•2DPCM编码•3帧转换、缓冲•4DPSK调制解调•5时延补偿•6缓冲•7DPCM解码•8绘制误码率曲线1录制语音信号•这里没有录制语音信号，直接下载了一个WAV文件，文件的参数设置如右图。•已知语音信号的频率范围是0.3Hz-3.4Hz,根据奈奎斯特定理，抽样频率设为8KHz。•零阶保持器（zeroorderhold）作用是零阶保持一个单位抽样时间，参数设置如图。2DPCM编码图2-1DPCM编码方框图2DPCM编码•对当前输入信号与其前一个单位时间的输入信号的幅度差值进行编码（以下简称差值），图2-2~2-4为加法器和积分器的参数设置。图2-2Sum参数设置图2-3UnitDelay参数设置图2-4Sum2参数设置2DPCM编码•差值通过继电器relay编写极性码，差值为正，输出0；差值为负，输出1。参数设置见图2-5。图2-5Relay参数设置2DPCM编码•差值通过绝对值abs（图2-6）,在经由量化编码器(图2-7)对绝对值编码，输出的编码在通过整数位转换器（图2-8）将编码转换成7位二进制数。图2-6Abs参数设置在MATLAB中编写程序：x=wavread('语音文件名')；t=1/8000:1/8000:1y=x（t）-x(t-1/8000);[partition,codebook]=(abs(y),2^7);图2-7QuantingEncoder参数设置2DPCM编码•再将极性码和7位二进制码通过Mux模块图（2-9）复用成一路输出。图2-9Mux参数设置图2-8IntegertoBitConverter参数设置3帧转换、缓冲、解缓冲•将输入的信号进行帧转换、缓冲、解缓冲，模块参数设置如图3-2~3-4.图3-1帧转换仿真方框图图3-2FrameStatusConversion参数设置图3-3Buffer参数设置图3-4Unbuffer参数设置4DPSK调制解调图4-1DPSK调制解调方框图4DPSK调制解调•输入的语音信号在经过前几个步骤后，将每一个数据转换成8为的二进制数，故输入DPSK的数字信号频率为64KHz。•将数字信号进行差分编码（图4-2），单极性转换成双极性（图4-3），对载波信号（图4-4）调制（即数字信号和载波信号一起输入乘法器（图4-5））。图4-2DifferentialEncoder参数设置图4-3UnipolartoBipolarConverter参数设置图4-4Sinewave1参数设置图4-5Product参数设置4DPSK调制解调•已调制信号通过一带通滤波器（图4-6）滤除频率范围外的噪声后，用相干解调法解调（即已调制信号和载波信号一起输入乘法器），再通过一低通滤波器（图4-7）。我们之前将载波的频率设为1024K*pi,即512kHz,调制信号的频率为64kHz,故带通滤波器的下边带频率为（512-64）KHz，上边带频率为（512+64）KHz图4-6AnalogFilterDesign1参数设置图4-7AnalogFilterDesign2参数设置4DPSK调制解调•对从低通滤波器输出的信号抽样判决（图4-8）、差分解码（图4-9）。图4-8SampledQuantizerEncoder图4-9DifferentialDecoder参数设置4DPSK调制解调•将个阶段输出信号引入示波器（图4-10）观察，具体观察一开始输入的数字信号和解码后的信号的时延情况。图4-10Parameters参数设置4DPSK调制解调•观察示波器比较可知解码信号较一开始输入的数字信号有2个单位抽样时间的时延如图4-11所示。•将一开始的输入数字信号和解码信号输入误码率计算器（图4-12），计算结果由显示器（图4-13）显示出来。•加入高斯白噪声，如图4-14.图4-11示波器输出波形图4-12ErrorRateCalculation参数设置图4-13Display参数设置图4-14GaussianNoiseGenetator参数设置5时延补偿•从前面的操作中，我们可知输出信号有2个单位的时延，而我们是设置8个二进制数为一帧的，故这里再加上6个积分器使第一帧的8个二进制数全为0.每个积分器的参数设置如下。图5-1延时补偿方框图图5-2UnitDelay参数设置6缓冲解缓冲维度变换•输入的信号缓冲后成为[8×1]为一帧的信号，在经维度维度变换（图6-2）成为[1×8]为一帧的信号。图6-1缓冲方框图图6-2Reshape参数设置7DPCM解码图7-1DPCM解码仿真方框图7DPCM解码•输入的信号经解复用（图7-2），每一帧的第一位为极性位，极性位通过继电器（图7-3），输入为0，输出+1；输入为1，输出-1。•每一帧的剩余7位再复用（图7-4）成一路输入位整数转换器（图7-5），接着通过量化解码器（图7-6），输出的信号与继电器输出信号相乘（图7-7）。•由乘法器输出的信号经过积分器、加法器和低通滤波器（图7-8）解码。图7-2Demux参数设置图7-3Relay参数设置图7-4Mux1参数设置图7-5BittoIntegerConverter参数设置图7-6QuantizingDecoder1参数设置图7-7Product参数设置•至此，整个系统的仿真设计全部完成。运行仿真系统，观察示波器输出波形图7-9.可以看出系统的输入信号和输出信号一直，故仿真符合要求。图7-8AnalogFilterDesign参数设置图7-9示波器显示波形8绘制误码率曲线•先将DPSK子系统的高斯白噪声参数设置改为图8-1所示，噪声的方差改为变量var。图8-1GaussianNoiseGenetator参数设置8绘制误码率曲线•去掉display模块，将误码率计算器的参数高位图8-2所示。图8-2ErrorRateCalculation参数设置8绘制误码率曲线•在M文件中写下一下程序：clearclcx=-10:1:10;%横坐标的范围forn=1:length(x)var=0.5/10^(0.1*x(n));;%噪声方差的值sim('add.mdl');%引号中为设计系统的文件名Pe(n)=ErrorVec(1);%编码后的误码率endsemilogy(x,Pe)%输出高斯白噪声信道编码后的误码率曲线holdon;xlabel('信噪比SNR');%横坐标为信噪比SNRylabel('误码率Pe');%纵坐标为误码率Petitle('信噪比和误码率关系');gridon8绘制误码率曲线•运行M文件，得到一下曲线图，如图8-3所示。从图可以看出随着信噪比增多，误码率相对降低。